基于光编/解码技术的抗截获通信系统研究

谭业腾; 蒲涛; 郑吉林; 周华; 苏国瑞

doi:doi:10.3788/AOS202040.0906001

光学学报, 2020, 40 (9): 0906001, 网络出版: 2020-05-06

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Anti-Interception Communication System Based on an Optical Encoding/Decoding Technology

论文大纲

谭业腾蒲涛 ^*郑吉林周华苏国瑞

作者单位

陆军工程大学通信工程学院, 江苏南京 210007

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摘要

为了增强光纤通信系统的物理层安全性,提出了一种基于光编/解码技术的新型抗截获通信系统。由于传统地址码的码字容量都相对较小,合法用户使用的地址码容易受到窃听者的强力搜索攻击。一旦用户地址码被获得,光纤信道中传输的所有用户信息将可被窃听者窃取。为了解决这个问题,构造了一种大容量的二维跳频/扩时地址码,并描述了可重构编/解码器的实现方法;设计了一种新型的抗截获通信系统方案,建立了窃听信道模型;最后,利用VPI transmission Maker Optical Systems仿真软件,验证了抗截获通信系统的传输性能和安全性能。仿真结果表明,基于光码分多址的编/解码技术,可以实现一种高速率、长距离的抗截获通信系统。

Abstract

To enhance the physical-layer security of optical fiber communication systems, a novel anti-interception communication system based on an optical encoding/decoding technology is proposed in this study. Owing to the relatively small capacity of the traditional address codes, the address codes used by the legitimate users are vulnerable to the brute-force searching attacks by eavesdroppers. Once the user’s address code is obtained, all the information transmitted in the fiber channel will be stolen by the eavesdropper. To address this problem, a new type of 2D-wavelength-hopping/time-spreading (WH/TS) code is first constructed, and the implementation of the reconfigurable encoder/decoder is described. Then, the novel scheme of anti-interception communication system is designed, and a wiretap channel model is established. Finally, the transmission and security performances of the anti-interception communication system are studied using the VPI transmission Maker Optical Systems simulation software. The simulation results show that a high-speed and long-distance anti-interception communication system can be achieved based on the proposed optical code-division multiple-access coding/decoding technology.

1 引言

随着信息技术的飞速发展,人类社会的信息化程度不断加深,越来越多的信息承载于光纤通信网络上进行传输。由于光纤窃听技术的逐渐成熟^[1-2]以及传统加密技术不断显现的安全威胁^[3-4],光纤通信的安全性也越来越引起人们的关注和重视^[5-6]。理论上,量子密钥分发(QKD)能够为合法通信的双方提供无条件安全的密钥^[7-8],结合一次一密(OTP)加密,可以实现绝对安全的通信。然而,OTP要求密钥流的长度与数据流一样长,QKD系统的密钥分发速率(~Mbit/s^[9])无法满足动辄Gbit/s的高速光纤通信系统的数据加密。但是,QKD毕竟能够生成无条件安全的密钥流,可为安全通信提供安全性的基础,故解决上述问题的关键是寻找一种更加有效的加密方法。

基于物理层编码的安全通信方法已成为当前信息抗截获技术的主要研究方向,其能够将信息在物理层加密防护,以实现信息的抗截获。光码分多址(OCDMA)技术依据预先分配的地址码对传输信号进行扩频编码,经过多用户码分复用后,光信号呈宽谱类噪声特性。只有拥有匹配解码器的接收机才能将特定信号从多用户信号中恢复出来,窃听者通过使用非匹配解码器无法获得原始光信号,只能获得类噪声信号。因此,增强通信安全经常被认为是OCDMA技术的一个重要优势,在抗截获通信领域具有广阔的应用前景。Shake等^[10-13]对OCDMA技术的安全性进行了分析,对于单用户的OCDMA来说,无论是开关键控(OOK)调制方式,还是色移键控(CSK)调制方式或差分相移键控(DPSK)调制方式都存在安全风险,窃听者无需获知地址码,仅仅实施能量侦听攻击等手段就能窃取信息。对于多用户OCDMA系统来说,由于各地址码相互之间需要满足正交性要求,故地址码的码字容量都相对较小。例如,对于码长为511位的双极性Gold码,其码字容量为513;对于码重为23、码长为529位的二维PC/PC码来说,其码字容量为506。同时,由于光编/解码器一般是采用相对固定的地址码及其编/解结构,窃听者可以对合法用户的地址码实施暴力搜索攻击,一旦用户地址码被窃听者得到,则光纤信道中传输的所有信息将可被窃听者窃取。为了解决这一问题,合法通信双方可以采用安全增强策略(动态可重构编/解码以及多用户传输等方法)来增加OCDMA系统的安全性^[14-18],而以上文献中地址码的码字容量都相对较小,窃听者可以通过暴力搜索攻击来随机寻找用户使用的地址码,当窃听者得到地址码后,其可以获得码字重构期间内所有用户信息。

本文提出了一种基于OCDMA编/解码技术的新型抗截获通信系统方案,并仿真验证了系统的可靠性和安全性。针对传统地址码的码字容量较小的问题,构造了一种大容量的跳频/扩时(WH/TS)地址码,并提出了动态可重构编/解码器的物理实现方法;详细地描述了抗截获通信系统的具体设计方案及其窃听信道模型;利用VPI transmission Maker Optical Systems(VPI)商用仿真软件,搭建了基于光编/解码技术的抗截获通信系统的仿真系统,并分析了抗截获系统的传输性能和安全性能。

2 抗截获通信系统的设计方案

2.1 具体方案

对于传统的多用户OCDMA系统来说,因为各个用户的地址码之间需要保证较好的互相关特性,故地址码的码字容量须相对较小。本研究提出了一种新型的基于OCDMA编/解码技术的抗截获通信系统方案,如图1所示。该方案中只有主用户(Alice)会发送信息给合法接收者(Bob),而干扰用户仅被用于防止窃听者(Eve)通过能量截获攻击来窃取信息,且主用户和干扰用户彼此之间是相互独立的。因此,主用户的地址码与各个干扰用户的地址码之间必须满足正交性需求,而干扰用户的地址码之间不需要满足正交性需求。

图 1. 基于OCDMA编/解码技术的抗截获通信系统的示意图

Fig. 1. Diagram of anti-interception communication system based on OCDMA encoding/decoding technology

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合法发送方(Alice)与合法接收方(Bob)通过QKD系统共享一个种子序列K,经过序列扩展模块ENC(·)后得到一个WH/TS序列 $E_{WH / TS}^{N}$ ,即 $E_{WH / TS}^{N}$ =ENC(K),上标N表示序列长度。控制模块根据WH/TS序列对主用户(Alice)和所有干扰用户的光编码器进行码字重构,同时,合法接收方(Bob)的解码器也进行相应的码字重构。在发送端,Alice发送的光信号S经过可重构编码器后得到编码信号S_D,然后与干扰用户的编码信号S_I={I₁,I₂,…}一起被耦合进光纤信道中进行传输;在接收端,合法接收者(Bob)利用匹配的解码器将主用户信号从多用户编码信号中恢复出来。由于地址码之间的互相关特性的影响,部分的干扰用户信号会混入到主用户的解码信号中,并产生多址接入干扰(MAI)。为了防止Eve对传输信号实施能量侦听攻击,根据主用户发送的数据比特,适当地选择干扰用户发送的数据比特来使得多用户编码信号的功率始终保持相同,即各个时刻中所有用户发送数据比特“1”的数目保持相同。

另外,抗截获通信系统中还可能存在一个窃听者(Eve)可以窃取光纤信道中传输光信号的情况。由于地址码的码字容量较大,Eve无法通过暴力搜索攻击来获得主用户的地址码。根据Kerckhoffs原则,窃听者(Eve)除了不知道合法用户正在使用的具体码字外,其他系统参数(包括编码类型、码字结构和数据速率等)均已知,也就是说,窃听者Eve只能随机地从码字集合中选择解码器的码字。因此,虽然Eve能从光纤信道中接收到与Bob相同的光信号,但通过非匹配的解码器无法还原出Alice发送的光信号,仅能获得类噪声信号。

动态可重构编/解码器主要由波长选择开关(WSS)、光可调延时线(OTDL)以及光耦合器(OC)构成,WSS的所有输出端口都会连接一个OTDL,并利用OC将所有OTDL的输出端耦合到一起。WSS负责控制不同波长光脉冲对应的输出端口,即不同波长的光脉冲λ_k所在的子码字块s_i,而每个OTDL被用于控制相应的子码字块s_i中光脉冲λ_k所在的时隙位置τ_j。可重构WH/TS编码器(0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)以及可重构WH/TS解码器(0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)的编/解码过程如图2、3所示。

图 2. 可重构WH/TS编码器(0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)的编码过程

Fig. 2. Encoding process of reconfigurable WH/TS encoder (0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)

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图 3. 可重构WH/TS解码器(0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)的解码过程

Fig. 3. Decoding process of reconfigurable WH/TS decoder (0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)

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2.2 地址码的构造方法

由于传统地址码的码字容量均相对较小,本文构造了一种新的二维WH/TS码,其关键的设计参数包括:波长数q、码字长度L,码字容量C以及最大互相关峰值λ_c。具体的构造方法如下:

1) 选择一个波长数q∈{2^p $|p = 1,2, \dots$ },则光脉冲的波长集合可以被表示为A^q={λ₁,λ₂,…,λ_q}。

2) 构建一个WH/TS序列 $E_{WH / TS}^{N}$ ,其包括跳频(WH)序列 $E_{WH}^{N_{W}}$ 和扩时(TS)序列 $E_{TS}^{N_{T}}$ 。WH序列 $E_{WH}^{N_{W}}$ 的长度为l=lb q比特,其取值范围为0~q-1。TS序列 $E_{TS}^{N_{T}}$ ={e₁,e₂,…,e_q}包括q个子序列e_i,每个子序列e_i的长度也为l比特,因此,e_i∈{0,1,…,q-1}及 $E_{TS}^{N_{T}}$ 的长度为N_T=l×q。

3) 根据WH/TS序列 $E_{WH / TS}^{N}$ 来确定主用户的WH/TS码S^L。WH/TS码S^L={s₁,s₂,…,s_q}包括q个子码字块s_i,每个子码字块s_i包含q个时隙τ_j,则WH/TS码S^L的码字长度为L=q²。并且,每个子码字块s_i有且仅有一个光脉冲λ_k位于某一时隙τ_j,而各子码字块s_i对应的脉冲波长按照一定的顺序,即通过对初始顺序λ₁λ₂…λ_q执行一个 $E_{WH}^{N_{W}}$ 位的循环移位来获取。例如,当波长顺序为λ₁λ₂…λ_q时,第一个子码字块中的脉冲波长为λ₁、第二个子码字块中的脉冲波长为λ₂,依次类推。对于q=4的情况,WH序列00、01、10以及11对应的波长顺序分别为λ₁λ₂λ₃λ₄、λ₂λ₃λ₄λ₁、λ₃λ₄λ₁λ₂以及λ₄λ₁λ₂λ₃。而各个子码字块s_i中光脉冲λ_k所在时隙τ_j由子序列e_i决定,例如,子序列00、01、10以及11对应的光脉冲时隙位置分别为λ000、0λ00、00λ0以及000λ。因此,WH/TS码S^L的码字容量为C=q^q⁺¹,其极大地提高了地址码的容量。例如,当q=16时,其码字长度和码字容量分别为L=256和C=3×10²⁰。

4) 确定干扰用户的WH/TS码。基于主用户的WH/TS码S^L,通过对各子码字块s_i中光脉冲λ_k所在时隙τ_j执行一个不同的循环移位来获得干扰用户的码字。具体的操作如下:对于第n个干扰用户来说,对每个光脉冲λ_k执行(n+k-1)个时隙的循环移位,k=1,2,…,q。因此,主用户与干扰用户的码字之间的最大互相关峰值为λ_c=1。

5) 确定光解码器的WH/TS码。光解码器的WH/TS码可以通过将主用户的WH/TS码S^L按照相反的顺序排列而得到。对于q=4的情况下,部分WH/TS序列及其码字如表1所示。

表 1. 对于q=4的情况下,部分跳频/扩时(WH/TS)序列及码字

Table 1. For the case of q=4, part of wavelength-hopping/time-spreading (WH/TS) sequences and codes

WH/TS sequence	WH/TS code of encoder		WH/TS codes of decoder
00/01 10 11 01	Primary user	0λ₁00 00λ₂0 000λ₃ 0λ₄00	00λ₄0 λ₃000 0λ₂00 00λ₁0
	Interference user #1	00λ₁0 λ₂000 00λ₃0 0λ₄00
	Interference user #2	000λ₁ 0λ₂00 000λ₃ 00λ₄0
	Interference user #3	λ₁000 0λ₂00 λ₃000 000λ₄
	Interference user #4	0λ₁00 000λ₂ 0λ₃00 λ₄000
01/00 11 01 10	Primary user	λ₂000 000λ₃ 0λ₄00 0λ₁00	00λ₁0 00λ₄0 λ₃000 000λ₂
	Interference user #1	0λ₂00 0λ₃00 λ₄000 0λ₁00
	Interference user #2	00λ₂0 00λ₃0 0λ₄00 00λ₁0
	Interference user #3	000λ₂ 000λ₃ 00λ₄0 000λ₁
	Interference user #4	0λ₂00 00λ₃0 000λ₄λ₁000
10/10 00 11 11	Primary user	00λ₃0 λ₄000 000λ₁ 000λ₂	λ₂000 λ₁000 000λ₄ 0λ₃00
	Interference user #1	000λ₃ 00λ₄0 00λ₁0 000λ₂
	Interference user #2	λ₃000 000λ₄ 000λ₁λ₂000
	Interference user #3	0λ₃00 λ₄000 λ₁000 0λ₂00
	Interference user #4	00λ₃0 0λ₄00 0λ₁00 00λ₂0
11/11 10 01 10	Primary user	000λ₄ 00λ₁0 0λ₂00 00λ₃0	0λ₃00 00λ₂0 0λ₁00 λ₄000
	Interference user #1	λ₄000 λ₁000 λ₂000 00λ₃0
	Interference user #2	0λ₄00 0λ₁00 0λ₂00 000λ₃
	Interference user #3	00λ₄0 00λ₁0 00λ₂0 λ₃000
	Interference user #4	000λ₄ 000λ₁ 000λ₂ 0λ₃00

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3 抗截获通信系统性能的仿真分析

利用VPI仿真软件,搭建了基于光编/解码技术的抗截获通信系统的仿真系统,如图4所示。1)从宽谱光源发出的光载波经过光纤分束器后,各输出端口的光载波分别进入主用户(Alice)和干扰用户的发送端;2)光载波经过调制器进行数据调制后经过光编码器进行物理层编码,最终得到编码信号;3)利用光纤耦合器将各用户的编码信号耦合到光纤链路中进行传输。在接收端,合法接收者(Bob)使用匹配解码器从多个用户的编码信号中恢复出Alice的原始光信号,经过光电二极管(PD)、时钟数据恢复(CDR)以及阈值判决后得到原始数据。其中,光编/解码器由波分解复用器(DEMUX)、光纤延时线(OTDL)以及光耦合器(OC)等构成,其负责对信号进行二维WH/TS编/解码。对于q=4的情况下,光编/解码器的仿真结构如图5所示。

图 4. 基于光编/解码技术的抗截获通信系统的仿真框图

Fig. 4. Simulation block diagram of anti-interception communication system based on optical encoding/decoding technology

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图 5. 编解码器的仿真结构图(q=4)

Fig. 5. Simulation architecture diagram of encoder/decoder (q=4)

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表 2. 具体的仿真参数

Table 2. Specific simulation parameters

Parameter	Value	Parameter	Value
Bit rate /(Gbit·s^-1)	2.5	Attenuation coefficient /(dB·km^-1)	0.2
Input optical power /dBm	0	Transmission distance /km	100
Wavelength range /nm	1549.3~1550.8	Dispersion coefficient of SMF /(ps·nm^-1·km^-1)	16
Wavelength space /nm	0.1	Dispersion coefficient of DCF /(ps·nm^-1·km^-1)	-80
Gain of EDFA /dB	20	Responsivity of receiver /(A·W^-1)	1
Noise index of EDFA /dB	4	Spectral density of thermal noise /(10^-23 W·Hz^-1)	5

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表 3. 仿真中各个用户使用的跳频/扩时(WH/TS)码

Table 3. Wavelength-hopping/time-spreading(WH/TS) codes used by each user in the simulation

User name	Wavelength-hopping/time-spreading (WH/TS) code
Primary user	λ₁000000000000000 0λ₂00000000000000 00λ₃0000000000000 000λ₄000000000000 0000λ₅00000000000 00000λ₆0000000000 000000λ₇000000000 0000000λ₈00000000 00000000λ₉0000000 000000000λ₁₀000000 0000000000λ₁₁00000 00000000000λ₁₂0000 000000000000λ₁₃000 0000000000000λ₁₄00 00000000000000λ₁₅0 000000000000000λ₁₆
Interference user #1	λ₁000000000000000 00λ₂0000000000000 0000λ₃00000000000 000000λ₄000000000 00000000λ₅0000000 0000000000λ₆00000 000000000000λ₇000 00000000000000λ₈0 λ₉000000000000000 00λ₁₀0000000000000 0000λ₁₁00000000000 000000λ₁₂000000000 00000000λ₁₃0000000 0000000000λ₁₄00000 000000000000λ₁₅000 00000000000000λ₁₆0
Interference user #2	0000000λ₁00000000 000000000λ₂000000 00000000000λ₃0000 0000000000000λ₄00 λ₅000000000000000 00λ₆0000000000000 0000λ₇00000000000 000000λ₈000000000 00000000λ₉0000000 0000000000λ₁₀00000 000000000000λ₁₁000 0000000000000λ₁₂00 λ₁₃000000000000000 00λ₁₄0000000000000 0000λ₁₅00000000000 000000λ₁₆000000000
Legitimate receiver	λ₁₆000000000000000 0λ₁₅00000000000000 00λ₁₄0000000000000 0000λ₁₃00000000000 0000λ₁₂00000000000 00000λ₁₁0000000000 000000λ₁₀000000000 0000000λ₉00000000 00000000λ₈0000000 000000000λ₇000000 0000000000λ₆00000 00000000000λ₅0000 000000000000λ₄000 0000000000000λ₃00 00000000000000λ₂0 000000000000000λ₁
Eavesdropper	λ₁₁000000000000000 λ₁₂000000000000000 λ₁₃000000000000000 λ₁₄000000000000000 λ₁₅000000000000000 λ₁₆000000000000000 λ₁000000000000000 λ₂000000000000000 λ₃000000000000000 λ₄000000000000000 λ₅000000000000000 λ₆000000000000000 λ₇000000000000000 λ₈000000000000000 λ₉000000000000000 λ₁₀000000000000000

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对于窃听者(Eve)来说,为了避免被合法用户发现,其窃取的信号比例不能超过1%。本研究利用一个-20 dB的衰减器来实现1%的窃听比例。然后,窃听者将光信号先经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大后再进入到光解码器进行解码。窃听者使用的光解码器是非匹配的。仿真中,具体的系统仿真参数以及各个用户使用WH/TS码分别如表2和表3所示。

基于VPI仿真软件中搭建的抗截获通信系统,分别得到了调制后信号的波形图和眼图、多用户编码信号的波形图和眼图、匹配解码后信号的波形图和眼图以及非匹配解码后信号的波形图和眼图,如图6所示。通过比较图6(a)和图6(c)、图6(b)和图6(d),可以发现:经过多用户编码后,光信号的波形呈现宽谱类噪声特性,其眼图也相应地发生了严重的劣化。通过对比图6(c)和图6(e)、图6(d)和图6(f),可以发现:结果匹配解码后,主用户(Alice)的信号可从多用户编码信号中恢复出来;但通过对比图6(a)和图6(e)、图6(b)和图6(f),可以发现:经过光纤传输及编/解码后,自发辐射(ASE)噪声以及MAI噪声等将会混入Alice的解码信号,使得匹配解码后信号发生劣化,误码率(BER,R_BE)相应地增大。通过比较图6(c)和图6(g)、图6(d)和图6(h),可以发现:经过非匹配解码后,无法将Alice的信号从多用户编码信号中恢复出来,其仍呈现类噪声特性,这也直观地说明了抗截获通信系统具有很好的安全性,能够很好地抵抗“窃听者利用非匹配解码器对编码信号进行解码后接收”。

图 6. 抗截获通信系统中信号的波形及眼图

Fig. 6. Waveforms and eye diagrams of signals in anti-interception communication system

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另外,还分别得到了不同发送光功率(1.0, 0.5, 0.1, 0.05 mW)的情况下,合法用户和窃听者的误码率随接收光功率的变化关系曲线,如图7所示。可以发现:随着接收光功率的不断增大,合法用户和窃听者的误码率都会逐渐减小且最终会趋于一个定值。对于合法用户来说,当发送光功率大于0.05 mW时,可以通过增大接收光功率使误码率优于10^-9,从而使抗截获通信系统能够满足数据传输的稳定性要求。例如,对于发送光功率P_s=0.1 mW的情况,当接收光功率P_r增加到-24 dBm左右时,合法用户的误码率就能够达到10^-9。而对于窃听者来说,其误码率远远大于合法用户的误码率,例如,在发送光功率P_s=0.1 mW的情况下,窃听者能够达到的最小误码率约为0.1,因此,无法正常接收到合法用户的数据信息。通过对比不同发送光功率的误码率曲线,可以发现:合法用户和窃听者的误码率都会随着发送光功率的减小而不断增大,即发送光功率的降低会导致抗截获通信系统的传输性能发生劣化,但选择合适的发送光功率可以增大系统的安全性水平。

图 7. 误码率随接收光功率的变化关系曲线

Fig. 7. Relationship of the BER and the received optical power

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4 结论

基于光码分多址(OCDMA)编/解码技术,提出了一种新型的抗截获通信系统的设计方案,并构造了一种大容量的二维WH/TS地址码,提出了动态可重构编解码器的实现方法。利用VPI仿真软件,对抗截获通信系统的传输性能和安全性能进行了仿真研究。研究结果表明,合法接收者(Bob)利用匹配的解码器能够将主用户(Alice)信号从多用户编码信号中恢复出来,而窃听者(Eve)利用非匹配的解码器无法还原出Alice的原始光信号,仅可以获得类噪声信号。基于光编/解码技术的抗截获通信系统能够实现一种高速率、长距离的安全传输。

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1 引言

2 抗截获通信系统的设计方案

2.1 具体方案

图 1. 基于OCDMA编/解码技术的抗截获通信系统的示意图

Fig. 1. Diagram of anti-interception communication system based on OCDMA encoding/decoding technology

图 2. 可重构WH/TS编码器(0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)的编码过程

Fig. 2. Encoding process of reconfigurable WH/TS encoder (0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)

图 3. 可重构WH/TS解码器(0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)的解码过程

Fig. 3. Decoding process of reconfigurable WH/TS decoder (0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)

2.2 地址码的构造方法

表 1. 对于q=4的情况下,部分跳频/扩时(WH/TS)序列及码字

Table 1. For the case of q=4, part of wavelength-hopping/time-spreading (WH/TS) sequences and codes

3 抗截获通信系统性能的仿真分析

图 4. 基于光编/解码技术的抗截获通信系统的仿真框图

Fig. 4. Simulation block diagram of anti-interception communication system based on optical encoding/decoding technology

图 5. 编解码器的仿真结构图(q=4)

Fig. 5. Simulation architecture diagram of encoder/decoder (q=4)

表 2. 具体的仿真参数

Table 2. Specific simulation parameters

表 3. 仿真中各个用户使用的跳频/扩时(WH/TS)码

Table 3. Wavelength-hopping/time-spreading(WH/TS) codes used by each user in the simulation

图 6. 抗截获通信系统中信号的波形及眼图

Fig. 6. Waveforms and eye diagrams of signals in anti-interception communication system

图 7. 误码率随接收光功率的变化关系曲线

Fig. 7. Relationship of the BER and the received optical power

4 结论

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1 引言

2 抗截获通信系统的设计方案

2.1 具体方案

图 1. 基于OCDMA编/解码技术的抗截获通信系统的示意图

Fig. 1. Diagram of anti-interception communication system based on OCDMA encoding/decoding technology

图 2. 可重构WH/TS编码器(0λ100λ2000000λ300λ40)的编码过程

Fig. 2. Encoding process of reconfigurable WH/TS encoder (0λ100λ2000000λ300λ40)

图 3. 可重构WH/TS解码器(0λ400λ3000000λ200λ10)的解码过程

Fig. 3. Decoding process of reconfigurable WH/TS decoder (0λ400λ3000000λ200λ10)

2.2 地址码的构造方法

表 1. 对于q=4的情况下,部分跳频/扩时(WH/TS)序列及码字

Table 1. For the case of q=4, part of wavelength-hopping/time-spreading (WH/TS) sequences and codes

3 抗截获通信系统性能的仿真分析

图 4. 基于光编/解码技术的抗截获通信系统的仿真框图

Fig. 4. Simulation block diagram of anti-interception communication system based on optical encoding/decoding technology

图 5. 编解码器的仿真结构图(q=4)

Fig. 5. Simulation architecture diagram of encoder/decoder (q=4)

表 2. 具体的仿真参数

Table 2. Specific simulation parameters

表 3. 仿真中各个用户使用的跳频/扩时(WH/TS)码

Table 3. Wavelength-hopping/time-spreading(WH/TS) codes used by each user in the simulation

图 6. 抗截获通信系统中信号的波形及眼图

Fig. 6. Waveforms and eye diagrams of signals in anti-interception communication system

图 7. 误码率随接收光功率的变化关系曲线

Fig. 7. Relationship of the BER and the received optical power

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图 2. 可重构WH/TS编码器(0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)的编码过程

Fig. 2. Encoding process of reconfigurable WH/TS encoder (0λ₁00λ₂000000λ₃00λ₄0)

图 3. 可重构WH/TS解码器(0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)的解码过程

Fig. 3. Decoding process of reconfigurable WH/TS decoder (0λ₄00λ₃000000λ₂00λ₁0)